ANSYS电磁场分析指南 第八章 3-D瞬态磁场分析(棱边单元法

第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法）

8.1 用棱边元方法进行3-D瞬态分析

用棱边元方法进行3-D瞬态分析的步骤与下一章的用MVP方法进行瞬态分析的步骤大体一样，只不过它们使用不同的自由度和运算法则，棱边元方法使用Frontal、sparse、JCG和ICCG求解器。参见《ANSYS基本过程手册》中求解器的详细介绍。

ANSYS支持3D静态、时谐、瞬态棱边单元分析。前面两章讨论的是静态和时谐分析，本章讨论瞬态分析。

8.2 3-D瞬态磁场分析（棱边元方法）的步骤

1. 在GUI菜单过滤中选定Magnetic-Edge项

2. 定义任务名和题目

命令：/FILNAME和/TITLE

GUI:Utility Menu>File>Change Jobname

Utility Menu>File>Change Title

3. 进入ANSYS前处理器

命令：/PREP7

GUI:Main Menu>Preprocessor

4. 选择SOLID117单元

命令：ET,solid117

GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete

5. 定义SOLID117单元选项

对导电区用AZ-VOLT自由度，对不导电区用AZ自由度。

命令：KEYOPT

GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete

与第七章“谐波分析”描述的类似

6．定义材料特性

对涡流区必须说明电阻值RSVX，材料定义的过程详见第二章。

7．建立模型

用Main Menu>Preprocessor>-Modeling-界面。

8. 赋予特性

命令：VATT

GUI: Main menu>Preprocessor>-Attributes-Define

9. 划分网格（用Mapped网格）

命令：VMESH

GUI:Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volumes-Mapped

10. 进入求解器

命令：/SOLU

GUI:Main Menu>Solution

11．给模型边界加磁力线平行和磁力线垂直边界条件

命令：DA

GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Magnetic-Boundary

用AZ=0来模拟磁力线平行边界条件，磁力线垂直边界条件是自然边界条件，无需说明。

12. 给绞线圈加电流密度载荷

命令：BFE,js

GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation

除了加电流密度载荷外，还可以给一个块导体加总电流：

命令：F,,amps

GUI:Main

Menu>Solution>-Loads-Apply>-Electric-Excitation>-Impressed Current-

注意：在加总电流之前需耦合节点VOLT自由度。

13. 选择瞬态分析类型

命令：ANTYPE,transient,new

GUI:Main Menu>Solution>New Analysis>Transient

注意：若要重启动一个先前做过的分析（如施加了另外一种载荷），可使用命令ANTYPE,TRANSIENT,REST。重启动分析要求先前分析的几个相关文件Jobname.EMAT, Jobname.ESAV, 和Jobname.DB还可用。

14. 定义分析选项

定义求解方法和求解器。

选择求解方法：

命令：TRNOPT

GUI：Main menu>Solution>Analysis Options

瞬态磁场分析要求选择全波方法（full）

棱边元方法可以选用FRONT(缺省值),sparse, JCG,或者ICCG求解器。用下列命令选择求解器：

命令：EQSLV

GUI:Main menu>Solution>Analysis Options

15. 选择载荷步选项。如下对载荷步选项作了阐述：

8.2.1时间选项

该选项说明载荷步终结的时间。

命令：TIME

GUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step

Opts-Time/Frequenc>Time-Time Step

Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time-Time Step

8.2.2 子步数和时间步长

积分时间步长是瞬态分析时间积分方程中的时间增量，可用DELTIM命令或其等效菜单路径直接定义，或用NSUBST或其等效菜单路径间接定义。

时间步步长决定了求解精度，时间步长越小，精度就越高。当载荷出现较大的阶跃时，紧跟其后的第一个时间积分步长是尤为关键的。通过减小时间步步长，可以减少求解大阶跃变化（如温度过热加载）时的误差。

注意：时间步步长也不能过小，尤其是在建立初始化条件时。太小的数值会使ANSYS在计算时产生数值误差。比如，如果使用小于1E-10的时间步步长会产生数值误差。

如选择阶跃(Stepped)加载模式，在第一个子步上程序就加上全部载荷并一直保持常数，如选择斜坡(Ramped)加载模式，程序在每个子步上增加载荷值。

命令：NSUBST,DELTIM

GUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps

Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps

Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Tiem/Frequenc>Time-Time Step

8.2.3 自动计算时间步长

在瞬态分析中也叫时间步长最优化，它使程序自动调整两个子步骤间的载荷增量，并在求解过程中根据模型的响应情况增加或减小时间步长。

在大多数情况下，你需要打开这个选项，此外为了更好地控制时间步长的变化幅度，还要输入积分时间步长的上限和下限。

命令：AUTOTS

GUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/frequenc>Time

Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps

Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Tiem/Frequenc>Time-Time Step

8.2.4 Newton-Raphson选项

这些选项定义在非线性求解过程中，切向刚度矩阵的更新频率，选项为：

·程序自动选择（Program-chosen）(系统缺省)